Дипломна работа Лист № Въведение

Същността на процеса леене се състои в изработване на огнеупорна форма, чиято вътрешна повърхнина има негативен отпечатък на детайла, който желаем да получим. Точността на отливките и граповостта на отлетите повърхнини се регламентира от използвания метод за получаване на леярската форма. Прецизното леене като метод за получаване на оръдия на труда, предмети за широка употреба, украшения, оръжия и др. е създаден преди повече от три хиляди години преди новата ера. Достигналите до нас исторически паметници дават основание да се твърди, че в първоначалния си вид този метод на леене се е реализирал чрез восъчни модели, които по форма и размери са съответствали на желаните изделия. Сравнително голямото развитие и усъвършенстване на прецизното леене в древността е свързано с художественото леене и преди всичко с отливането на статуи. Използването на восъчните модели в леярското производство на машинни части се осъществи едва в последните 50-54 години.

Леенето по стопяеми модели е един от най-прогресивните методи който получава все по-широко приложение в машиностроенето и уредостроенето. Практиката показва неоспоримите предимства на метода особено при леене на изделия от огнеупорни и бързорезни стомани, които се обработват механично трудно. Достиганата точност на отливките при тези стомани е най-висока в сравнение с всички останали методи. Поради това методът е познат и под името прецизно леене.

1. Глава. Литературен обзор
1.1.Същност и възможности на прецизното леене
1.1.1. Същност на прецизното леене
Производствената технология започва с изработването на необходимата пресформа с кухина, която съответства на бъдещия детайл. В условията на масовото производство тя е метална. Моделът се получава чрез шприцоване от восъкообразни материали, полистирол, водоразтворими соли и др. Така полученият модел се закрепва върху леяковата система чрез спояване или по някакъв друг начин, при което се получава т.нар. моделен блок.

Следващите технологични операции са свързани с изработването на керамичната черупкова форма. Тя се получава чрез нанасяне (върху моделния блок) на отделни слоеве от суспензия, състояща се от прахообразен огнеупорен материал и течно свързващо вещество. Всеки слой веднага се обсипва със зърнест огнеупорен материал, който го уякчава, удебелява и подобрява връзката между слоевете. Всеки от слоевете се изсушава, за да се изпари течният разтворител и да се получи необратимо втвърдяване на свързващото вещество. Керамичните черупкови форми при прецизното леене обикновено се изработват от 4 до 8 слоя в зависимост от тяхното предназначение и големината на отливките. Втвърдената неделима керамична черупкова форма се освобождава чрез стопяване, разтваряне или изгаряне на моделния блок. Но и след освобождаването тя съдържа остатъци от материала на модела и други газообразуващи вещества. За тяхното отстраняване формите се накаляват до 900-950°C и се запълват с предварително стопения метал.

Следващите операции предвиждат почистване на така получените отливки от огнеупорната форма, отрязване на питателите и термично обработване за постигане на необходимите механични свойства.

1.1.2. Възможности на прецизното леене
Към най-същественото по отношение на възможностите на прецизното леене се отнася това, че то осигурява:

1. Получаване на тънкостенни отливки с остри ръбове и точен отпечатък на профила. Дебелината на стените на прецизните отливки е от 2 до 10мм, но успешно могат да се отливат и стени с дебелина 0,5мм.

2. Получаване на отливки със сложна форма. Това създава възможност за конструктивно обединяване на отделни механично изработени детайли в един възел, който чрез подходящо оформяне и олекотяване се получава като прецизна отливка, нуждаеща се от минимално механично дообработване.

Тази възможност на прецизното леене съдържа в себе си големи резерви за усъвършенстване, олекотяване и поевтиняване на произвежданите машини, съоръжения, апарати и инструменти, както и на тези, които ще се конструират и изработват.

3. Получаване на голяма точност на размерите, която в зависимост от използваната технология и материали се изменя от 0,25 до 1,2% от номиналните стойности.

4. Осигуряване на високо качество на летите повърхнини, необходимо за добрия и естетичен вид на детайлите. Функционалните и работните повърхнини, по които се сглобяват отделните, детайли или се извършва триене, трябва да се подлагат на допълнително механично обработване чрез стружкоотнемане.

5. Получаване на отливки с маса от 0,5 g до 50 kg и повече.Обикновено масата на прецизните отливки е от 0,05 до 2 kg, но често ефективно се използуват прецизни отливки с много малки размери и маса. Отливката, показана на фиг. 1.51107, е сравнително голяма с диаметър 370мм. и маса 35 kg. Прецизното леене на детайли с маса, по-голяма от 2-2,5 kg. Е целесъобразно само в случаите, когато тези детайли са тънкостенни, имат сложна форма и не е възможно да се отлеят по друг начин.

6. Получаване на отливки с габарити до 500 mm от стомани и високолегирани сплави и до 800 мм. от алуминиеви сплави. В отделни случаи могат да се получат прецизни отливки и с по-големи размери.

7. Получаване на отливки от всички видове метали и сплави, които могат да се превърнат във вид на стопилка. Най-много прецизни отливки се произвеждат от легирани конструкционни стомани, инструментални, бързорежещи неръждясващи стомани, високоогнеупорни никелови и кобалтови сплави. Ефективно се използуват прецизни отливки от алуминиеви сплави за детайли с много сложна форма - особено в електронната промишленост. Постигнати са големи успехи и при получаването на прецизни отливки от титанови сплави

8. Получаване на отливки с насочена кристализация. Високоогнеупорната леярска форма, която се използва при прецизното леене, дава възможност да се осъществи бавна и последователна кристализация на налятата в нея метална стопилка. По такъв начин може да се получи насочена транскристална структура или даже монокристална отливка. Това има голямо значение при производството на газотур6инни лопатки и лети магнити. Разгледаните възможности определят ефективното използуване на прецизните отливки в различни области на промишлеността.

Първата група - обхваща детайлите, които поради конструкцията или материала могат да се произвеждат само чрез прецизно леене. Това са детайли от високолегирани, трудно - или необработваеми сплави със сложна форма, използвани при производството на турбини и в други отрасли на промишлеността.

Втората група - обхваща такива детайли, които могат да се произвеждат и чрез други методи на леене или механично обработване, но се получават чрез прецизно леене поради икономическите предимства в сравнение с останалите методи на производство.

Целесъобразно е прецизното леене да се прилага в следните случаи:

- за малки по размери и маса детайли със сложна форма, чието производство изисква много работни механични операции, когато голяма част от тях могат да се спестят чрез използуване на лято изделие;

- за отделни възли, при които спояването, заваряването, механичното свързване и др. са само средства за постигане на необходимата форма на детайла; съвкупността от всички тези операции увеличава работния цикъл и цената на възела, поради което конструкцията трябва да се преработи така, че съставните, части да се заменят само с едно единствено лято изделие;

- при детайли, които се изработват от скъпи или труднообработващи се чрез рязане и пластична деформация метали и сплави; в този случай е ефективно отливането на детайли не само със сложна, но и с проста форма;

- за малки серии от детайли, когато изработването на необходимите специални инструменти, щампи, приспособления, а в някои случаи и специални машини оказва съществено влияние върху цената на детайлите. Някои от характерните области на приложение на прецизните отливки са;

При производство на парни и газовu турбини - необходимостта от използване на турбинни лопатки от огнеупорни сплави, които не се поддават на обработване чрез пластична деформация - коване, валцоване, пресоване - и чрез рязане - фрезоване, струговане и др., даде тласък за развитие и промишлено прилагане на прецизното леене. Днес тези детайли се изработват предимно от прецизни отливки, получени при леене във вакуум или инертна среда. Лопатките на парните турбини работят при температура до 650°C и главното изискване към тях е да имат продължителна експлоатационна трайност. С повишаване на мощността на парните турбини се увеличават и дължините на лопатките: сега се отливат лопатки с дължина до 1000мм. При газовите турбини работната температура достига до 1000-1100°C, поради което лопатките и другите техни детайли се отливат от суперсплави на кобалтова и никелова основа, високо и сложно легирани с хром, молибден, волфрам, алуминий, титан, ниобий, тантал и други метали.

При производство на двигатели особено ефективно е прецизното отливане на горивната предкамера на дизеловите двигатели, при използването на труднообработвани високолегирани или кобалтови сплави.

В електрониката голяма част от електронните машини имат сложни корпусни детайли, които е целесъобразно да се получат чрез прецизно леене от алуминиеви или магнезиеви сплави. Турбинна лопатка алуминиева сплав с размери 215 х 145 х 200mm.

При производство на металорежещи .машини и инструменти - сложни закрепващи елементи на съставни режещи инструменти с твърдосплавни пластини се получават като прецизни отливки почти без следващо механично обработване. Успешно се използуват лети режещи инструменти от бързорежеща стомана, които по експлоатационна издръжливост не отстъпват на изработените чрез механично обработване от валцувани профили. При това летите инструменти имат 30-50% по-ниска себестойност. Икономически целесъобразно е много от закрепващите приспособления на металорежещите машини да се изработват от прецизни отливки. При производството на електроапаратура в много механични системи, състоящи се от тънкостенни детайли със сложна форма и малки размери, се и използват прецизни отливки.

Точност на размерите. Определя се от големината на отклоненията на действителните размери на отливката от номиналните. Точността на прецизните отливки зависи от много фактори и се изменя в широки граници.

Пресформите за прецизно леене трябва да са в състояние да осигурят:

- получаване на качествени модели с необходимата точност и грапавост на повърхнина;

- минимално време за охлаждане на модела;

- минимален брой делителни повърхнини и подвижни сърца, при осигуряване на удобно и бързо изваждане на модела;

- технологичност при изработване, дълготрайност и удобство при работа;

По своето предназначение пресформите се подразделят на:

- пресформи за изработване на еднократни модели;

- пресформи за изработване на леяковата система -леяци, колектори, леякови чаши и мъртви глави;

По конструкция пресформите се разделят на едногнездови и многогнездови. В многогнездовите пресформи моделите са поотделно или свързани с леякова втулка в моделно звено. По степен на механизация пресформите биват:

Ръчни. Те не се закрепват към шпрнцовъчни машини и се отварят и затварят ръчно. Моделите се изваждат непосредствено с ръка, с избивач или с избивачна система. Те се подават под шприцовъчното устройство и след шприцоване се отвеждат на отделно работно място за охлаждане и изваждане на модела.

Механизирани. Тези пресформи са закрепени на шприцовъчни устройства и машини, които извършват някои операции като затваряне и отваряне на пресформата, изваждане на модела с избивачи и т.н. Вземане на модела и някои други операции като обдухване и мазане на работната кухина, изваждане на някои.сърца се извършва ръчно.

Автоматизирани. Тези пресформи са предназначени за работа на шприц-автомати и всички операции, свързани с изработването на модела, се извършват без прякото участие на човека.

По начина на изработване пресформите се делят на:

- Пресформи от нискотопими сплавu.

- Пресформu от цинкови сплави.

- Пресформи от пластмаси.

- Пресформи от гипс

- Пресформи, изработени по метода на галванизация и метализация.

- Пресформи от еластични материали.
Сравнителна оценка на различните видове пресформи таб. 1.1.

Вид пресформа	Стойност, %	Производителност, %	Точност, %	Издръжливост
От стомана	100	100	100	50 000 - 150 000
От нискотопими сплави	50	90	80	5000 - 10 000
От цинкови сплави	50	90	75	10 000 - 20 000
От пластмаси с пълнител	30	60	75	До 1000
От калчук	20	15	30	До 200
От гипс	15	25	40	10 - 20

1.2.2. Леякова система
Качествени лети изделия могат да се получат само при достигане на благоприятни условия за подхранване на отливките в процеса на кристализацията им. Това се постига чрез правилното изчисляване и конструиране на леяковата система и разположението на отливките около нея. Тя трябва да осигурява:

- удобство за събиране на моделите в моделния блок;

-достатъчна якост на моделния блок, изключваща, неговото счупване или деформация при всички технологични операции;

- компактност на блока, осигуряваща минимален разход на моделна смес, метал и формовъчен материал;

- удобство да се извършват технологични операции с блoка;

- равномерно и бързо изсушаване на отделните слоеве на керамичната черупкова форма;

- бързо и пълно отделяне на моделната смес;

- условия за възпрепятстване или затруднено попадане на чужди тела във формата;

- спокойно и равномерно запълване на форма с метал;

- подхранване на отливката в процеса на втвърдяване, по възможност осигуряване на насочена кристализация на метала във формата - от тънките части на отливката към масивните, в които обикновено се подвежда металът;

- удобство за отделяне на отливките от леяковата система.

Конструкция на леяковата система. Конструкцията на леяковата система се определя от особеностите на прецизното леене. В нея има централна част с голяма якост, която завършва с метален накрайник, пригоден за ръчно хващане или механично закрепване към съоръженията за изпълняване на технологичните операции и транспортиране. Проектирането на леяковата система се състои в избор на конструкцията и определяне на нейните размери. Изборът на конструктивния вариант е много отговорен момент при който се определя кои възли на отливката трябва да се подхранват и начина на тяхното подхранване - от леяка или чрез самостоятелна мъртва глава.

Натрупаният практически опит показва, че най-използваните конструкции на леяковата система могат да се групират в три типа.

Леякова система с един централен леяк. Тя се отличава с проста форма, лесно осъществима, поради което намира най-широко приложение.

Моделите могат да се закрепят с един (а) и два питателя (б) в зависимост от формата им. Най.често се използва само един питател. Напречното сечение на леяците обикновено е кръгло, но когато питателите имат по-голямо напречно сечение се използуват също квадратно и шестоъгълно сечение.

Много често се използува комбинирана конструкция на леяковата система, при която на хоризонтален колектор се залепват вертикални леяци със срещуположно поставени модели. Обикновено моделите се получават като моделно звено в пресформи с шприцоване по делителната им равнина. Моделният блок се получава компактен и съдържа голям брой модели. Леяковата система с хоризонтални колектори се използва, когато трябва да се получи керамична черупкова форма, в която да се налее през една леякова чаша цялото количества метал. Такива са случаите при леене от порционни пещи и при леене във вакуумни пещи, където е ограничена възможността да се налива метала в много форми.

В отделни случаи могат да се използват и по-сложни леякови системи. Най-често използваните леякови системи при прецизното леене нямат елементи, които да задържат шлаката и да регулират скоростта на запълване на формата. Ето защо е необходимо да се използват специални чайникови леярски кофи или други начини, за да се предотврати попадането на шлака във формата. Скоростта на запълване на формата с метал се регулира от скоростта на наливане на метала, тъй като леяковата чаша никога не се запълва с метал в процеса на леене. При получаването на прецизни отливки с повишено качество се използват керамични филтриращи цедки. С тях шлаката може да се задържа и да се регулира скоростта на запълване на формата.

Отливането на метала в горещи форми при прецизното леене влияе благоприятно за намаляване на вътрешните напрежения. При това се използува основното предимство при подвеждане на метала в масивната част - създаване на благоприятни условия за насочено втвърдяване и получаване на плътни отливки. Може да се приеме, че подвеждането на метала в масивната част на отливката е характерно за леяковата система при прецизното леене. Това особено се отнася за отливки от стомана и други сплави с голям коефициент на свиване в процеса на втвърдяване.

В световната практика се използват различни методи за изчисляване на леяковата система, за основата на които е взето условието за сигурно подхранване.

където F_л е лицето на напречното сечение на леяка, сm²

Н_л - височината на леяка, см;

β - коефициент на обемно свиване на метала при втвърдяване (за средновъглеродните стомани β=4%);

G- масата на една отлйвка, g;

ρ - плътността на материала на отливката, g/cm³.

е на отливката в процеса на втвърдяване.

В практиката много рядко се постига броят на моделите на леяка да е равен на максималния. Това е една възможност, която трябва да се има предвид при проектирането на леяковата система, за да може да се увеличи броят на моделите на блока и да се намали разходът на течен метал.

Въз основа на обширни експериментални данни М. Л. Хенкин показа, че размерите на елементите на леяковата система в действителност се определят от модула Р_оти и масата Г_оти на отливката, като Р_оти има по-голямо влияние от Г_оти. Той установи още, че размерите на леяка или колектора зависят и от модула на сечението и дължината на питателя. Основавайки се на анализа на експерименталните данни, М. Л. Хенкин изведе следните формули за определяне на леяковата система. при прецизното леене:

;

където: Rn - модулът на напречното сечение на питателя, mm ;

R_л - модулът на напречното сечение на леяка, mm;

R_отл - модулът на отливката или на масивната й част, mm;

G_отл - масата на отливката, g;

L_n - дължината на питателя, mm.

Модулът на напречното сечение на леяка R_л трябва да бъде по-голям от модула на отливката или нейната най-масивна част, т.е. R_л>R_отл, не се препоръчва използването на леяци с диаметър под 20 мм поради затруднения при отрязване на питателите. Това се дължи на недостатъчната якост на такива леяци поради всмукнатините, образувани в тях. Не се препоръчва също използването на леяци с диаметър над 60 mm., тъй като се получават тежки моделни блокове. Това усложнява работата при всички технологични операции и изисква използване на специални приспособления, машини и съоръжения. Ето защо, когато е необходим леяк с голям модул, т.е. с голям диаметър, по-рационално е да се използват отделни мъртви глави за подхранване на масивните части на отливките. В табл.1.2. са дадени подходящи диаметри и модули на сечението на леяци.

Диаметри и модули на сечението на леяци таб. 1.2.

Свиване при прецизно леене таб.1.3.

Леярското свиване, с което се увеличават размерите на работната кухина или модела-еталон, зависи от средното свиване. на моделите, от разширяването на керамичната черупкова форма и свиването нa метала. Неговите гранични стойности за различните материали на отливките са дадени в табл.1.3.

Трябва да се има предвид, че големината на свиването зависи също и от формата на отливката и степента на затрудненото свиване на отделните й части. От практиката е установено, че стойностите на затрудненото леярско свиване са с около 20% по.малки от тези на свободното свиване.

В процеса на развитие и усъвършенстване на прецизното леене е установена целесъобразността от получаване на моделни звена, състоящи се от няколко модела, свързани помежду си чрез питателите с втулка, която е част от леяка. Това намалява ръчните операции, свързани със спояване на моделите към леяка, и повишава производителността на труда. Главните фактори, определящи възможността за разполагане в пресформата на няколко модела, свързани в моделно звено са формата на отливката, възможното място на питателя и рационалността на получавания моделен блок. При моделните звена се използва обикновена леякова система с един централен леяк. Използуването на многогнездова пресформа естествено зависи и от серийността на отливките.

Важен етап при разработване на конструкцията на пресформата е правилното определяне на делителната линия. Равнината на деление трябва да съвпада с най-голямото сечение на отливката. Ако отливката е симетрична, делителната линия минава по оста на симетрия.

При разработването задължително трябва да се определи в коя половина на пресформата трябва да остане моделът или моделното звено при отварянето и. За целта в определената половина по възможност се разполагат изпъкналите части които се обхващат от модела при свиването му. В тази част на пресформата при необходимост се поставят отделни избивачи или избивачна плоча. При шприцоване на моделната смес в пресформата част от въздуха, намиращ се в работната кухина, излиза през хлабините, а останалата част остава във вид на мехурчета в тялото на модела, което не влошава неговото качество. Ето защо при малки и средни модели не трябва да се предвиждат и правят специални вентилационни канали.

Пресформите, получени от модел-еталон, се конструират, като първо се конструира моделът-еталон. Неговите размери се определят по същия начин както тези на работната кухина при механично обработените пресформи. В съвременните пресформи от този вид се отлива само работната им кухина. Тялото се изработва от стомана, когато е предназначено за закрепване на шприцовъчното устройство, и от алуминиева сплав-когато пресформата е ръчна. За осигуряване на удобство и производителност при работа тези пресформи имат също избивачно устройство, водещи щифтове и втулки, изработени чрез механична обрабатване и закалени.

Пресформите от цанкови сплави поради по-малката тънколивкост на цинковите сплави се конструират във вид на отделни вложки, които се монтират в стоманени тела. Обикновено такива пресформи са предназначени за работа, закрепени на шприцовъчното съоръжение. Те се различават от механично обработените пресформи по това, че работните вложки са лети.

Конструирането на пресформи от гипс, nластмаси, каучук чрез метализация или по галваничен път не е свързано с някакви специфични особености. С развитието и масовото използване на пресформите и натрупания опит при конструирането, изработването и експлоатацията им е целесъобразно за всеки вид шприцовъчно устройство да се разработят нормализирани детайли и възли.
1.2.4. Изработване на пресформите
В зависимост от вида на пресформите технологията за изработване е различна.

Механично изработени пресформи. Тяхното изработване не се различава от това на пресформите, които се използват за шприцоване на пластмаси и за леене под налягане. Прилагат се всички общоизвестни методи на механично обработване. Грапавостта на работната повърхнина трябва да бъде не по.голяма от R_а= 0,25 μm, с което се осигурява качествена повърхнина на модела и изваждането му от пресформата без изкривяване. За да останe моделът в определената полуформа, работната кухинa на втората полуформа се хромира. Хромираната повърхнина има по-малка грапавост и моделът се отделя по лесно от нея.

Пресформи от цинкови сплави. Технологията за тяхното отливане не се различава много от тези за отливане на пресформи от нискотопими сплави. Цинковите сплави (напр. ЦАМ 4-1) имат по-малка тънколивкост от нискотопимите сплави и по-голямо линейно свиване (от 0,85 до 0,95%).

Пресформи от пластмаси. Процесът за изработването им е аналогичен на този при пресформите от нискотопими сплави, но е много опростен. Двете полуформи на пресформата се отливат изцяло от пластмаса. За тази цел моделът-еталон трябва да се постави във формовъчна смес или гипс до делителната линия и върху него и делителната повърхнина се нанася тънък слой от разделителна масло. Поставя се дървена рамка, в която се налива подготвената пластмаса. Отлятата полуформа се втвърдява в сушилен шкаф с вентилация при стайна температура в продължение на 12-16 часа, след което се термообработва по следния режим: задържане 1 час при 30°С, 1 час при 40°С и 2 часа при 60°С и охлаждане в сушилния шкаф до стайна температура. Използват се различни видове твърди пластмаси, които най-често са на основата на епоксидна смола.

Пресформи от еластични материали. Моделите-еталони за тези пресформи се изработват от метал, дърво или гипс. Преди заливане моделът-еталон се покрива с фин разделителен слой. Гипсовият еталон трябва да се намаже с горещо олио или бакелитов лак. Непокритият гипс при заливане отделя в още течния формовъчен материал газове, от които формата се пронизва с малки каналчета. Нитролакове и изкуствен безир не могат да се използват за покриване, тъй като те взаимодействат с еластичните материали.